mr. faraday

Mr. FaradayCaminho até lei da indução

Fábio da Silva Marcia AlmeidaTaynara Nassar

Por:

Complementos de Eletromagnetismo 2019 - Profª Valéria Dias e Suzana Salém

Índice

1. Da livraria à Royal Institution - Uma breve biografia

2. Faraday, a trajetória como cientista

3. Faraday, o Experimental - Das rotações à indução

4. A lei de Indução nos livros didáticos

5. O legado de Michael Faraday

6. Referências bibliográficas

Michael Faraday

Da livraria à Royal Institution - Uma breve biografia

1791 - Nasceu em 22 de setembro naInglaterra, num período marcado pelasRevoluções Francesa e Industrial.

Recebeu uma formação básica precária devido àsituação financeira da família.

1804 - Começa a trabalhar na livraria de George Riebauonde pôde melhorar a sua formação.

Revolução Francesa Revolução Industrial

1812 - Palestras de Humphry Davy na Royal Institution e o pedido de emprego.

1813 - Início do trabalho como assistente de laboratório.

1814 - Viagem pela Itália, França e Suíça “aprende a ver e pensar a ciência” (DIAS, 2004, p.520).

Humphry Davy

Química foi a principal de estudos e experimentos de Faraday.

Fachada da Royal Institution


Resposta de Davy à carta de Faraday

1820 - Ørsted divulga a descoberta do eletromagnetismo.

Faraday auxilia Davy a reproduzir o experimento de Ørsted e começa a investigar oeletromagnetismo.

Diários de laboratório e as correspondências

Os diários de Faraday estão conservados até hoje e foram

publicados.


Originais de Faraday

Faraday, a trajetória como cientista

• Sua prática de investigação foi alicerçada na intensa elaboração e reelaboração deexperimentos com intuito de refinar os resultados experimentais, e a interpretação dosresultados era pautada nas evidências experimentais.

• 1820-1821: a pedido de Richard Philipps, realiza um estudo que é publicado como oartigo Historical sketch of electro-magnetism, que consiste em uma sistematização dosestudos sobre eletricidade e magnetismo da época. Neste artigo:

• Destaca-se o experimento de Ørsted;• Enfatiza-se as contribuições de Ampère e Arago.

• Inicialmente, Faraday acredita que o experimento de Ørsted é devido a atração erepulsão.


1821-1823: elaborou experimentos para determinar asposições de atração e repulsão de pólos de ímãsquando aproximados de fios conduzindo correnteelétrica. Logo, concluiu que era devido a tendia dorotação da agulha ao redor dos pólos magnéticos.

Esboço de parte de um dos primeiros arranjos experimentais

A partir disso dedicou-se a investigar as rotações.

Sobre a rotação disse:

[...] Não existe atração entre um fio e cada pólo de um ímã; um fio deve

girar ao redor de um pólo magnético e o pólo magnétíco ao redor do

fio; tanto a atração e repulsão de fios conectantes quanto,

provavelmente, entre ímãs, são ações compostas; pólos magnéticos

verdadeiros são centros de ação induzidos por toda a barra etc.

(Faraday, 1821b, p.74)

Mas como pode ela rotacionar?

Faraday não ficou muito feliz com o

seu resultado e buscou fazer novas

experiências de rotação que

culminou no vaso de mercúrio.

Tudo tende a provar que não existe atração entre os pólos do ímã e o

fio, mas somente movimento em uma direção circular, e todos os

movimentos do ímã ou seus pólos sobre os fios podem ser deduzidos

destes. Quando o pólo simples estava flutuando sobre o mercúrio este

mostrou isso tanto girando ao redor de fios simples quanto passando

através de [fios] duplos (Faraday in Dias, p.25)

A experiência de Rotação

Vídeo disponível no YouTube:

https://youtu.be/HpMB7CSQOhI?list=PL-r_AWOgeVBLCsqL7mo99_s_9KQtszHgI


Para Ampére o efeito que a agulha da bússola sentia era devido a ação de de correntes circulares na agulha, que causam as atrações e repulsões. Ele não acreditava na

união entre eletricidade e magnetismo.

Ampère

Ampère e as correntes circulares

Corrente elétricas sobre um ímã retangular de acordo com a concepção

inicial de Ampère

Ampère e FaradayAs correspondências...

Resposta de Faraday para Ampère

[...] Eu fui tão cauteloso ao dar minha visão da rotação porque se esta for a verdade eu nãovejo como o experimento determina a posição da s correntes mais do que aquela na qual ofio roda ao redor de um pólo, talvez você tenha os mesmos resultados mas veja explicaçõesque eu não vejo. Eu lamento que minha deficiência em conhecimento matemático me torneincapaz de compreender estes assuntos. Eu sou naturalmente cético em relação a teorias e,portanto, você não deve ficar bravo comigo por não admitir imediatamente esta que vocêapresentou .(FARADAY in JAMES, 1991, p. 251 apud DIAS, 2004, p.29)

1825 - Realiza três experimentos com ímãs,solenóides e Galvanômetro, mas não consegueobservar nenhum resultado.


1828 - Experimento com imã e a espira parabuscar a interação entre a ação magnética dacorrente e o ímã.

Anel de cobre suspenso

Faraday, o Experimental - Das rotações a indução

Após “cessar” quase totalmente seus experimentos sobre eletromagnetismo Faraday retoma em

1831 suas investigações onde realiza os experimentos que CULMINARAM NA DESCOBERTA DA

INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA.

Indução eletromagnética

Ao ligar a bateria percebeu que a agulharealizava um movimento em um sentido edepois voltava ao ponto de equilíbrio e omesmo ocorria quando desligava o circuito,porém o movimento se dava no sentidocontrário.

Experiência de indução

Vídeo disponível no YouTube:



Indução eletromagnética1832 - Publica o Experimental researches in Electricity que trata da Indução Eletromagnética

“A relação satisfeita entre o pólo magnético, o fio ou metal em movimento, e a direção da corrente produzida, isto é, a lei que

governa a evolução da eletricidade por indução eletromagnética, é muito simples, embora bem difícil de expressar. Se na Figura

24 PN está representado um fio horizontal passando por um polo magnético marcado, de tal forma que a direção de seu

movimento coincida com a linha curva indo de baixo para cima ou caso seu movimento paralelo a si próprio ocorra em uma

linha tangencial à linha curva, mas na direção geral das setas, ou se ele passa o polo em outras direções, mas de tal forma a

cortar as curvas magnéticas na mesma direção geral, ou no mesmo lado em que elas seriam cortadas pelo fio caso estivessem

se movendo ao longo da linha curva tracejada, então a corrente de eletricidade no fio vai de P para N. Se o fio for levado em

direções opostas, a corrente elétrica será de N para P. Ou se o fio estiver na posição vertical, representada por P’N’, e se for

levado em direções similares, coincidindo com a curva horizontal curva, de tal maneira a cortar as curvas magnéticas no

mesmo lado que ela, a corrente será de P’ para N’. Se o fio for considerado uma tangente à superfície curva do ímã cilíndrico, e

se for levado ao redor dessa superfície em qualquer outra posição, ou se o próprio ímã for girado ao redor de seu eixo, de tal

forma a trazer qualquer parte oposta ao fio tangente, ainda, se depois disso o fio for deslocado nas direções indicadas, a

corrente de eletricidade será de P para N; se ele for deslocado na direção oposta, de N para P, de tal forma que, no que diz

respeito aos movimentos do fio passando pelo polo, eles podem ser reduzidos a dois [movimentos], diretamente opostos entre

si: um [movimento] que produz uma corrente de P para N e o outro [movimento que produz uma corrente] de N para P.” (ASSIS;

HARUMA, p.193, 2011)

Imagem da descrição de Faraday

Indução eletromagnética

As experiências descritas se combinam para provar que,

quando um pedaço de metal (e o mesmo pode acontecer

com toda matéria condutora) é deslocado, seja diante de um

único pólo ou entre os pólos opostos de um ímã, ou próximo

de pólos eletromagnéticos, sejam ferruginosos ou não, são

produzidas correntes elétricas através do metal em [um

sentido] transverso à direção de movimento (FARADAY in

ASSIS; HARUMA, p.195, 2011)

Após a descoberta...• Faraday prossegue com os estudos sobre o fenômeno

de indução eletromagnética desenvolvendo o conceitode campo

• Elaborou a “regra da mão direita”

• Desde o início de sua carreira realizou diversas

conferências como “divulgação científica”

• Nunca parou seus estudos sobre Química

• 1858 - Aposenta-se da Royal Institution.

• Morre em 1867, aos 75 anos. Palestra do Natal de 1856

Indução eletromagnética pós Faraday

Faraday descreveu a indução eletromagnética apenas de forma qualitativa, uma vez que interpretações

eram baseadas apenas no que era observado em seus experimentos. Constatou que a variação de um

campo magnético gera corrente elétrica.

Entre a publicação de Faraday e a formulação matemática tal como conhecemos hoje, muitos físicos e

matemáticos contribuíram com o arcabouço matemático necessário. São alguns deles:

Franz Ernst Neumann Heinrich Lenz Oliver Heaviside

Indução eletromagnética pós Faraday

1865 - James C. Maxwell sintetiza o eletromagnetismo em quatro equações fundamentais.

Maxwell elabora uma generalização da lei de Faraday, que ficou conhecida como equação de Maxwell-

Faraday, e estabelece que a variação do campo magnético no tempo através de um circuito em

repouso produz um campo elétrico não eletrostático que, por sua vez, gera a corrente elétrica no

circuito.

No formalismo que conhecemos hoje, a generalização se apresenta da seguinte maneira:

em suas formas diferencial e integral, respectivamente.

A lei de Indução nos Livros didáticos

Livro universitário:

• Pouco explora os aspectos históricos

sobre o desenvolvimento da lei de

Faraday. No entanto, a partir dos pontos

que o autor coloca (como a nota sobre a

simplificação ser uma agressão à história,

percebemos que é resultado de uma

escolha consciente para se adequar aos

objetivos da obra.

David J. Griffiths - Eletrodinâmica. 3ª ed., 2010.


Livros de Ensino Médio:

• Nos livros destinados ao Ensino Médio,

encontramos diferentes abordagens para

apresentar a lei de Faraday.

• Neste primeiro exemplo, vemos que o autor

optou por uma apresentação mais direta, a

partir de uma versão dos experimentos de

Faraday que contribuíram com as conclusões

sobre indução eletromagnética.

Conexões com a Física - PNLD 2018 - Editora Moderna, 2016.


Livros de Ensino Médio:

• Neste exemplo e nos próximos, percebemos

escolhas por abordagens mais históricas e de

valorização da biografia do cientista, além de

utilização de imagens dos textos originais de

Faraday e até a utilização de um texto

acadêmico para contextualizar questões.

Física em Contextos - PNLD 2018 - Editora do Brasil, 2016.


Física - Ciência e Tecnologia - PNLD 2018 - Editora Moderna, 2016.

Legado• Faraday é reconhecido até os dias de hoje como um dos maiores físicos experimentais da história.

Sua história e trajetória como cientista tem proporcionado uma rica produção de livros biográficos e

pesquisas (dissertações de mestrado, teses de doutorado etc), que ocorre principalmente graças à

riqueza de fontes históricas, como seus diários e correspondências, que foram conservados e

publicados.

The correspondence of Michael Faraday -

JAMES, F.A.L.

Compilação da correspondência ativa e passiva

de Faraday.

Faraday’s diary - MARTIN, T.

Diários de laboratório de Faraday

compilados em 7 volumes.

Michael Faraday: a biography

WILLIANS, L.P.

Uma das biografias de Faraday.

ReferênciasASSIS, A.K.T.; HARUNA, L.F. Pesquisas experimentais em eletricidade. Cad. Bras. Ens. Fís., v. 28, n. 1: p. 152-204, abr. 2011.

BECHARA, M.J.; DUARTE, J. L. M.; ROBILOTTA, M. R.; VASCONCELOS, S. S. Apostila do curso de Física 3 do Instituto de Física da Universidade de São

Paulo, 2017.

BALDINATO, J. O. A química segundo Michael Faraday - Um caso de divulgação científica no século XIX. Dissertação de mestrado. Universidade de São

Paulo, 2009

CARVALHO, C. A História da Indução eletromagnética contada em livros didáticos de Física. Dissertação de Mestrado, UFPR. Defendida em 2007.

DIAS, V. S. Michael Faraday: Subsídios para metodologia de trabalho experimental. Dissertação de mestrado. Universidade de São Paulo: São Paulo,

2004.

DIAS, V. S.; MARTINS, R. A. Michael Faraday: o caminho da livraria à descoberta da indução eletromagnética. Ciência e Educação, v. 10, n. 3, p. 517-530,

2004.

GRIFFITHS, D. J. Eletrodinâmica. 3ª ed. Pearson. São Paulo: 2010.

HESSEL, R.; FRESCHI, A. A.; SANTOS, Francisco J. dos. Lei de indução de Faraday: Uma verificação experimental. Rev. Bras. Ensino Fís. vol.37, n.1. 2015.

Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v37n1/0102-4744-rbef-37-01-1506.pdf. Acesso em: 03 mai. 2019.

MARTINI, G. et al. Conexões com a Física - Volume 3: Eletricidade, Física do Século XXI. Editora Moderna. São Paulo: 2016.

PARIS, J.A. The Life of Sir Humphry Davy, Bart., LL.D.: Late President of the Royal Society, Foreign Associate of the Royal Institute of France. H.

Colburn an R. Bentley, 1831.

PIETROCOLA, M. et al. Física em Contexto - Volume 3: Eletrecidade e magnetismo, ondas eletromagnéticas e radiação e matéria. Editora do Brasil,

2016.

TORRES, C. M. A. et al. Física - Ciência e Tecnologia - Volume 3: Eletromagnetismo, Física Moderna. Editora Moderna. São Paulo: 2016.

WILLIAMS, Pearce. Michael Faraday in Enciclopedia Britannica. Disponível em: https://www.britannica.com/biography/Michael-Faraday. Acesso em: 03

mai. 2019.

http://www.scielo.br/pdf/rbef/v37n1/0102-4744-rbef-37-01-1506.pdf

https://www.britannica.com/biography/Michael-Faraday

FIM

Obrigado!

mr. faraday

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